「科普」太阳能光热与储热
太阳发出的太阳辐射是地球上所有自然能量的来源。但是，大多数的太阳辐射会反射回太空。到达地球表面的辐射只有三部分，即可见光，紫外线和红外辐射。接收到的太阳辐射中约40-45%位于400至700nm之间的可见光谱中。在700nm–1mm之间的红外线占最大份额，为50–55%，而在100–400nm之间的紫外线辐射则最小，为5–10%。
近年来，我们越来越善于使用太阳能电池板利用可见光。但是，我们不能否认，热能仍然是主要的组成部分，而且可能是最古老的能源。太阳能光热(CSP)**使用反射镜从入射的红外辐射中收集热能。光热如何工作?所有太阳能光热(CSP)**都通过使用多个反射镜阵列将大面积的散射阳光聚焦到热***上来工作。首先，阳光照射到镜子阵列上。然后，镜子收集阳光并将其反射(重定向)到***。大多数现代反射镜都能**太阳的位置以收集最大量的阳光。***实际上是装满工作流体的管道。因此，根据反射镜的类型和所使用的流体，工作流体的温度会升高到500度(甚至更高)。最终，流体流向热能发电**，在此流体中的热量通过换热产生蒸汽，从而驱动汽轮机发电。术语“工作流体”是指通过流动传递热量的流体。
图1 – 塔式太阳能光热电站
图1显示了定日镜将太阳光聚焦在中央***上。光热电站产生的能量实际上可以满足任何需求，特别是在阳光充足的地方。例如，世界上最大的光热电站集群在摩洛哥。它的容量为500MW，可为110万摩洛哥人供电。
现有各种各样的光热**可以利用太阳的热能，常见的集热器技术是：槽式集热器，线性菲涅尔集热器，太阳能塔式集热器，碟式集热器。
储热(TES)**
太阳能的主要缺点是在特定时间段内的不连续性。例如，遮蔽日光的云层抑制了太阳能的发电。因此，将太阳能光热电站与储热**集成在一起是解决此问题的绝妙窍门。
与其他大多数能源**类似，(过量的)热能在明媚的阳光下存储起来，在太阳强度可忽略或不可用时释放。目前共有三种类型的储热**：显热储热，潜热储热，热化学储热。
显热存储
在能量存储期间，通过增加存储材料的温度来存储热能。另一方面，通过降低材料的温度从材料中吸收热量以发电。
但是，该材料不会发生任何相变。换句话说，材料不会在物质的三种状态(固体，液体和气体)之间转换。由于该过程不涉及相变，因此工程师需要具有高比容量、能量密度和导热率的材料，这也是这种类型材料的缺点。更重要的是，整个过程不会改变存储材料的化学性质。
显热存储中使用的固体材料以低成本提供了高导热率(0.05–5$/kg)。它们还为加热过程提供了广泛的温度范围(200–1200°C)。混凝土和陶瓷是受欢迎的选择。
固体固然有其优势，但液体存储材料主导了整个行业。像太阳盐和HitecXL这样的熔融盐是两个最常见的例子。顾名思义，这些盐虽然在室温(25°C)下为固体，但在高温下会熔化成液体。此外，熔融盐无毒且热稳定。
某些光热电站甚至采用了第三种物质状态来储热，即利用压缩空气或蒸汽等气态物质。尽管这种材料具有经济性，并且可以提供较大的工作温度范围，但与液态或固态材料相比，它们的导热系数和能量密度都较低。
潜热储存
在潜热存储中，当存储材料在恒定温度下经历相变时，热能被存储/提取。简而言之，当材料熔化/凝固/蒸发/冷凝时，它会释放或存储所需要的热能。
像显热存储一样，它也是纯物理过程，材料的化学性质没有变化。这些材料称为相变材料(PCM)。由于材料在相变过程中存储/释放，因此它们可以在较小的温度范围内进行能量交换，并显示出更高的能量密度。
然而，它们的主要缺点是低导热率导致相之间的过渡速度极慢。为了解决这个问题，设计人员混合了诸如石墨之类的添加剂以提高导热率，并通过控制添加剂的剂量来改变导热率。
虽然有更好的选择，例如由金属合金制成的材料，但**昂贵。俗话说“天下没有免费的午餐!”
热化学储热
与前两个储热**不同，可逆的吸热化学反应会消耗太阳能。由于发生化学反应，使新形成的产物存储太阳能。当这些新产品转换回原始反应物时，它们释放了储存的太阳能。
“光合作用—呼吸”是热化学储热的一个很好的例子。一方面，光合作用利用太阳能(尽管不是红外范围)产生淀粉(食物)和氧气。另一方面，在有氧情况下，呼吸作用会分解相同的食物，从而释放能量和二氧化碳。就像之前说的那样，太阳是地球上所有能量形式的来源!
与光合作用—呼吸相似，金属氢化物，碳酸盐**，氢氧化物**等将太阳的热能(红外范围)转换为化学能以进一步使用。根据反应形式的不同，产品可能带来其他麻烦，例如异常缓慢的反应速度。此外，某些反应可能需要催化剂(外部**)来进行反应。
将储热与太阳能光热相结合
既然我们已经分别讨论了这两个概念，那么在本节中，我们将看到它们是如何相互借鉴的。根据存储材料是否可以流动(移动)，集成过程大致分为两类-主动和被动**。图2是描述分类的流程图
图2 - TES**集成分类
主动**它们很活跃，因为存储材料流动以通过对流吸收和释放热量。存储材料通常是液体，气体不是首要选择。主动**中的两个细分是：直接**和间接**。
直接**—在直接**中，存储介质还充当传热流体(HTF)或工作流体的角色。在吸热期间，流体直接存储在热罐中。在放热和发电期间，流体会通过动力**，该**会吸收热量，然后流入**箱中以进行再利用。上图是描绘主动直接**的流程图。尽管此**不需要热交换器，但选择正确的存储材料至关重要。例如，熔融盐就可以满足良好的传热流体以及良好的存储材料的要求。
间接**—与直接**不同，间接**中的传热流体和储热材料不同。如上图所示，在吸热阶段，来自冷罐的储热材料流入热交换器进行间接加热并存储在热罐中。为了释放热量并发电，需要反转储热材料的流动方向。
被动**
图3 – 被动式储热传输**
与主动**相比，被动**的存储材料通常为固体，且是固定不动的。传热流体向/从储热材料释放/吸收热量(请参见图3)。流体的选择随光热电站中使用的热能**的类型而变化。但是，始终需要具有高导热率的流体。
结论
总之，太阳能光热电站/**的效率基于以下两点：反射镜可以吸收多少太阳热量，储热**可以将多少收集来的热量传递到发电单元进行发电。
因此，有效能量产出取决于以上两个部分。这项成熟技术有潜力改变干旱地区，因为在干旱地区，太阳是主要的能源。此外，有些混合**同时使用太阳能光热**及其储热**，以及光伏电池板及其电池技术，以同时利用可见光和红外光!这更加令人期待。
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